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[物理] 空间简析(修)

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发表于 2015-4-15 09:15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

空间简析(修)

本文的空间是自然的物理意义的空间。论说空间,不可避免要评价牛顿的绝对空间观和爱因斯坦的相对空间观,也要对许多有一定影响的空间论断作出分析和评价。空间的本质在于“无”。这个“无”可表述为无性质、无作用、无运动、无边际、无方位、无类别。空间理论要避免把无变为有,将空间物质化。有关空间的概念很多,但要很好地表述空间还应该有适当的概念加入。为此本文提出物外空间、物内空间、全部空间、实际空间和理论空间等概念。空间其实并没有太多要说的,倒是空间与其他事物的关系值得一谈。

一、影响最大的两种空间观
(一)牛顿的绝对空间观

牛顿在《自然哲学的数学原理》中说:“绝对空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。” 这句话是说,客观世界中的空间是绝对的独立存在的,不受物质的影响。绝对空间观认为空间与物质不相干,即空间可脱离物质也不受物质运动的影响而独立存在。其实,牛顿所说的绝对空间并不存在,但由于这个绝对空间不干涉物质,它不发生变化反倒有利于认识物质的运动变化规律,所以绝对空间观尽管不正确但无害处。

牛顿推出绝对空间后,将其应用到绝对运动上,他说: “绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。” “真正的、绝对的静止,是指这一物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。”一个绝对空间在认识客观事物上不正确倒不要紧,但以绝对空间为前提,推出相对于绝对空间作绝对运动或保持静止的论断就是错误的了。姑且算作有绝对空间,你还是无法判断运动或静止,因为绝对空间是空无的空间,任一处都是相同的空白,里面没有可供识别或定位的标志,即没有可供参照的位置,你无法利用这种空间判断物体是运动还是静止。

牛顿的绝对空间和绝对运动的观点受到十九世纪末的马赫激烈批判。今天看来,他们各有对有错。牛顿认为“在绝对空间有绝对运动”是错误的,但他在同一书中说“物体的惯性是它自身的属性”无疑是正确的认识。反对牛顿绝对空间的马赫,在他的《力学及其发展的批判历史概论》中说:“物体的运动不是相对绝对空间的绝对运动,而是相对于宇宙中其他物质的相对运动”是正确的,但他又说,“物体所受的惯性力不是虚拟的而是一种引力的表现,是宇宙中其他物质对该物质的总作用”和“物体的惯性不是物体自身的属性,而宇宙中其他物质作用的结果”又是错误的。需要指出,马赫说的“惯性力不是虚拟的”是正确的但不能说是一种引力,也不是宇宙中其他物质对该物质的总作用。

牛顿时代没有参考系概念。有人说绝对空间是牛顿为解决惯性系问题引入的概念,是不正确的。牛顿可能有以绝对空间充当运动的背景起参照作用的思想,但空白的空间起不了这个作用。后人总结和发展牛顿的理论,提出了参考系及惯性系的概念。所以有,牛顿第一定律成立的参考系也叫惯性系的说法。惯性系是作匀速直线运动的参考系,确定它作匀速直线运动的根据是什么,即相对谁的匀速直线运动。这在当时是个难以解决的问题,最简单的解决办法是找到一个绝对不动的空间作参照。其实真的有绝对空间也解决不了问题,宇宙中一切物体都在运动,物体的静止要在运动的物体中找,只用将两运动物体的位置不变定为互为静止或一个相对另一个静止才能解决问题。

牛顿不完全是绝对空间思想,他还有相对空间思想。牛顿阐述绝对空间后继续说:“相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构;或是对绝对空间的量度,我们通过它与物体的相对位置感知它;它一般被当作不可移动空间,如地表以下、大气中或天空中的空间;都是以其与地球的相互关系确定的。”牛顿的相对空间与爱因斯坦的相对空间是两码事,不可混为一谈。牛顿的相对空间可能指物体内的物质空间或地面附近的空间,是个含糊的不好确定的概念,有什么相对性也不好解释。这个相对空间概念被提出以来后基本上没有得到应用。

应该把排除或忽略物体的空间叫做纯粹空间或理论空间。纯粹的空间是人的主观设定,这种空间设定排除或忽略了其间的物质,是为研究的方便设想的理想状态,在现实中是不存在的。牛顿的相对空间观不被人们重视,因为它像说包含物质的实际空间,但又莫名其妙地隶属于脱离物质的绝对空间。其实空间只有一个,可因不同的属性叫做某某空间,但不可分绝对空间和相对空间,因为不存在绝对空间也就没有相对空间。牛顿的绝对空间的错误,在绝对空间的客观存在和充当绝对参考系上,去除这个错误,有用因素所剩无几了,因此还是摈弃牛顿的空间理论为好。

牛顿的绝对空间和绝对运动思想受到他同时代人的批评,其中有科学家莱布尼兹和大主教贝克莱等著名的人物。然而,绝对空间观点还是为大多数人所接受,在牛顿后二百多年的理论和应用上有问题但没有产生什么不良后果。马赫的反对没有摧毁绝对空间,但摧生一种有悖常理的相对空间理论,一个叫做相对论的时空理论颠覆了绝对空间,用能够伸缩的弯曲的可变化的相对空间覆盖了物理世界。

(二)爱因斯坦的相对空间观

相对空间是实际的变化的空间,最著名的居统治地位的相对空间是爱因斯坦的相对空间。这种相对空间是可伸缩又能弯曲的空间。而弯曲空间不是弯曲管道中的空间,是物体外的实际空间发生了弯曲。若问空间为什么收缩了,相对论者回答是速度太快使空间收缩;若问空间因何弯曲及什么力量把它弄弯曲了,相对论者回答是物质分布造成的。

首先提出空间收缩猜想的是洛仑兹。十九世纪后期,著名的迈克尔逊----莫雷试验宣布了以太的死亡,迷信以太的洛仑兹为救活以太,想出一个1减(V/C)平方再开方的式子(也叫做洛仑兹因子),来表达空间在收缩,但没有得到科学界普遍认可。爱因斯坦将洛仑兹的观点发扬光大,将数学概念和物理概念杂交,用想象中的一静一动两个由杆构成的框架(充当坐标系)和一个光信号,推出几个可个靠强行赋予物理成分的数学公式,即以洛仑兹名义命名的洛仑兹变换。

这个变换荒谬绝伦,现代科学的一切谬误和混乱都肇始于这个变换。相对论中的洛仑兹变换应叫做爱因斯坦变换,它与洛仑兹搞的空间收缩公式本质不同。这个变换用上了空白的参考系,实际上是的一静一动两个坐标系,用在物理上被当作惯性系。再退一步说,事实上可制造两个参考系的实物模型,并使一个相对另一个作匀速直线运动,动模型中有接收光信号标志或装置,光信号被接收后能咋地,能产生实际物理作用吗?什么也不能产生,因为所谓的洛仑兹变换不过是个摆弄数学物理概念的游戏,没有实际用处。就这么一个没有丝毫物理价值和作用根据的洛仑兹变换,就能使运动的物体时间变慢、空间收缩、质量变大、质能互变,简直就是神道魔法。

收缩空间是狭义相对论的产物;弯曲空间是广义相对论的产物。广义相对论建立在等效原理和广义相对性原理上,其中的广义相对性原理没什么价值,主要利用等效原理。等效原理的核心是引力与惯性力等效,爱因斯坦没有惯性力概念,而用引力与惯性力的载体引力场与加速参考系等效。他将这个原理从物体运动推广到光的运动,用分析失误的所谓思想试验(思想试验概念是不成立的,把想象说成试验,是骗人的)得出光在加速参考系中弯曲等效于光在引力场中弯曲;再往后抛弃了引力场,说是因为大质量天体形成了时空曲率,即空间发生弯曲使光在其中运动随弯就弯。

爱因斯坦认为:引力其实不是一种真正存在的力,而是看不见的空间弯曲或不够平坦造成的假象。说引力不是一种真正的力或不存在引力,别人说出尚可,他说出是出尔反尔过河拆桥。广义相对论打底时制造等效原理为什么用引力和引力质量,难道引力专给等效原理应用。否定引力,还在编造引力场方程,爱氏为彰显空间弯曲可能不愿提引力,但为相对论理论作应用规范和推广的人们却离不开引力,如常说狭义相对论缺少或没有顾及引力,广义相对论是为解决这个问题而创立的,甚至美其名曰广义相对论是爱氏创立的没有引力的引力理论。其实,广义相对论只在说空间弯曲时不提引力,别的部分并没有离开引力甚至用到极致。

广义相对论说物质使空间弯曲,并没有说明这种弯曲是静止的还是运动的?若大质量的天体运动时,空间弯曲随天体运动而变化,那么天体运动离开了被自己弯曲的空间后又恢复了原状。这样还好一点,但不能不说空间有弹性了,如何解释虚空的空间的弹性呢?若被弯曲的空间不随天体的离开而变化,那么天体运动轨迹就会像一个空心管道一样长久存在。这种空间弯曲后不随天体的离开而变化,整个太阳系内的空间就成了一团乱麻,发射飞船或行星探测器简直是无法想像的。

空间本来简单,相对论者将物理空间偷换为数学空间弄得复杂了。本来可伸缩和弯曲的相对空间将世界扭曲得够严重了,再将空间与时间结合成所谓的四维时空,让时间也随着空间弯曲,正是越描越黑越整越邪。好在四维时空是一个空中楼阁,只进入观念不进入实有事物,许多时候只是空口白话的说说而已,没对物理事物造成实质性的损害。

二、正确认识空间的其他障碍
(一)空间弯曲模型忽悠人

问中学生空间什么样,很可能回答空间是喇叭形状的。在电视转播外国科普节目中,看到好像用蹦床、保龄球、高尔夫球组成的模型来演示天体附近的空间弯曲。保龄球放在蹦床上,使绷平的床面向下弯曲,再用高尔夫球从弯曲的边缘滚入,球在向下凹的喇叭口状曲面上围绕保龄球转一圈半圈后撞到保龄球上并靠到一起。

对这个模型进一步解释是:牛顿是从上往下看,看到行星在椭圆轨道上绕恒星动转;爱因斯坦是从上向一边偏斜看,看到一个弯曲的空间。似乎说两人看同一问题因不同的视角有不同的结论,可能的意思是:牛顿看的是投影图观察片面,爱因斯坦看的是立体图观察全面。恒星附近的空间弯曲了,行星的空间也应该弯曲,这在模型中没有表现。这个不知什么天体造成空间弯曲的模型展示说服力并不充分,把地球、月亮和太阳的运动做一个全体的空间弯曲模型效果才好。

空间弯曲模型利用地球的重力和物体弹性形变来表现天体对空间的影响,非但不能表现所谓的空间弯曲,反而暴露出道具和思想的拙劣可笑浅薄荒唐。天体运行按这种形式和规律运行的吗?要是那样的话任何行星最终都要掉到恒星上去,并且运转不了几圈。包裹天体大气或松散物质任一处所受的引力都是指向地心的,根本不能形成喇叭口状曲面。地球人感觉和确定的上下是地球引力所致,地球人的上是背离地心的指向,下是指向地心。宇宙空间没有上下之分,就像空间试验室中的失重情况一样。远离天体的空间中是找不到上下方位的,所以上下概念不可随意地推广到空间上去。空间弯曲模型要放在地面上受重力作用才有弯曲的效果,说明模型本身要有特定的条件才行而没有普遍的意义。

近代星系研究揭示主序星系的天体产生于同一团宇宙尘埃。空间弯曲模型演示的是行星从外部闯入恒星的弯曲空间,就等于说弯曲空间理论中的行星、恒星等天体没有自然的联系,天体系统产生于偶然和碰巧,这是有严重错误的。牛顿的行星绕恒星是在万有引力的作用下,并且可以推测行星与恒星共同起源于一团宇宙尘埃。爱因斯坦的弯曲空间摈弃了引力,没有引力作用的恒星、行星和卫星等天体怎么产生的?天体又如何呈球体形状?若物质能自发形成球体,这种自发里难道不蕴含某种作用吗?

空间本身没有一定的形状。特殊情况下物体决定空间形状,如物质围起的空腔空间,它仍然是物外空间。物体内部有实在的物内空间,但不是通常意义的空间。白纸上可以作画,空间就像一张白纸(只用白纸的白,并当作空白),说空间是平直的或弯曲的,就像在白纸上画直线或曲线,都不是空间的本来面目。空间是空白的或者说是空虚的,给加上平直或弯曲的形状都是人的意志强加给空间,既不是空间的自然表现,也不是对空间的正确认识。这样的空间或被赋予物质性质或纯粹一个数学的虚拟空间。

人们通常说的空间都是指天体间的间隔区域,其中有微量的物质是要忽略的,而看作一个空虚的空间。空虚的空间就是一个字——无,除了容纳意义外什么也不是,什么也没有,它能收缩和弯曲吗?说不能好像都是多余的。人人皆知又不可否认,收缩和弯曲对应的是物质或物体,也就是说只有物质东西才能收缩和弯曲。

空间弯曲的模型,货真价实地表现了对弯曲空间膜拜和信服,这都是有关学科把相对论奉为圭臬并且作为必修必研理论造成的后果,对中学生甚至大学生的科学观念形成有害无益。空间弯曲模型的忽悠干扰人们对空间的理解和认识,它是演示荒谬理论的道具。除此之外,还有一些偏颇或模糊的关于空间的说法,也程度不同地影响我们对空间的认识。

(二)科班人塞入空间的东西

古希腊德谟克利特认为:空间是无物的虚空,物质在虚空中运动。后来人们有了宇宙空间的概念,又认为宇宙空间是真空,即日月星辰在真空中运行。再后科学家发现空间有尺度不同的各种天体及微观的粒子在游荡,因而空间不是纯净的即不是纯粹的真空。宇宙的尺度无限大,星系内有巨大的空旷,空旷中有少量的粒子物质也不可能均布,有的区域可能没有粒子但不能长久,运动的粒子又会填充起来。科学家似乎对空间忽略微量粒子的空旷不满意,或不满足空间中有通常的物质,总想象空间中有其他的另类的物质。

最先占据空间的是以太。以太概念产生于古希腊,当时的以太指的是青天或供神呼吸的上层大气。亚里士多德继承和发改变了古希腊的主张,他认为世界上构成物质的元素除了水、火、气、土之外还有以太。笛卡尔最先将以太引入科学,认为物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质即以太来传递。光学和电磁学理论的建立,以太又被认为是光波和电磁波的荷载物质。惠更斯提出,荷载光波的媒介物质(以太)应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质之中,还认为引力也是以太传播的。牛顿也认为引力甚至磁力也是在以太中传播的。十九世纪末,迈克尔逊和莫雷测量地球和以太的相对速度的实验结果,证明了不存在以太,此后以太终于被物理学界大多数人抛弃了。纵观以太的历史,它几经起伏,最终衰落了,但并没有彻底消亡,至今还有个别人迷信以太。

以太的衰落,在于电磁场的兴起。在迈--莫试验否定以太以前,麦克韦斯的电磁学理论成功使“场”概念产生,于是人们转变为认为空间中有特殊的电磁场物质(通常形容为:看不见、摸不着、可叠加)。尽管麦克韦斯认为有电磁以太传递电磁波,但人们认为电磁场本身就是物质存在的一种形式,也就是认可有一种电磁场物质以电磁波的形式在空间中运动。场可以在真空中传播,不需要空间中充满电磁场物质以备传递,比以太优越多了。电磁场有电磁场物质,那么引力也应该有引力场物质,于是有人模仿电磁场和电磁波制作引力场和引力波,并说其中有引力子起传递作用。电磁场物质和引力场物质统称场物质,空间被它们充实起来似乎比原来更饱满。从以太到各种场的特殊场物质说,好像人们都不进行实际研究但又特别在意,光空谈有那种物质而不去发现它。

人们给空间添加了以太和场物质还不满足,又找到量子这一填充物,把空间的真空变成所谓的量子真空。这种真空的主张者是计算出正电子的狄拉克,他为了摆脱方程负能态解的困境,提出真空是充满了负能态的电子海的主张。狄拉克的电子海思想被发展成量子真空,即真空并不是空无一物而是时刻有虚粒子与实物粒子的产生和转化,但整体是对外不显物理属性的宏观总体。人们又觉得真空中有虚粒子的产生以及随后的湮没,存在着不断的涨落过程,这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应。这是唯心论的无中生有的典型代表,主张者只是为了摆脱理论的困境而东拉西扯,没有从真空中捞出几个虚粒子给大家展示一下。说空间是一个能量海,是一个不断振荡的充满着巨大能量场所,这就将荒谬推进到极致,简直是对空间的污染。

二十世纪三十年代,有人提出暗物质猜想。起因是发现星系边缘恒星的运转速度超出了牛顿定律的引力,便认为星系中还存在其他引力,而且只能出自暗物质。此后,暗物质概念得到了尽情的发挥,如说暗物质就是这样一种物质,本身不发光,受光线照射不反射光,所以人眼看不见、摸不到,却有重量和引力。更有甚者,是说不出宇宙有多大有多少物质的前提下推出,巧妙地运用比例,说宇宙中暗物质占宇宙25%,暗能量占70%。暗物质存在的根据,有严重问题:一是星系边缘的恒星的运动速度就应该比星系内部恒星快不值得奇怪,因为星系作整体转动,这使暗物质丧失了存在基础;二是暗物质存在,总是躲着人类的探查,不合逻辑。三是宇宙间充满不发光不反光的暗物质,地球上一定有。这些问题没有符合逻辑的解释,可归结为暗物质不存在。

暗物质后又猜想出是暗能量。暗能量被说成是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。又说它在宇宙中各向同性,密度非常小,具有负压强。负压强说犯了一个理论错误,即负压强是相对中心局部空间而言的,对四周是正压强,例如不能说炸弹爆炸是负压强。暗能量不是物质,不能用质量来衡量。但西方人有办法,用说不上是质量还是能量的“质能”一词打马虎眼,如说“暗能量应该充满了所有的宇宙空间,因此它占宇宙质能总量的68%”。能量没有质量,把质量与能量结合简称为质能没有意义,所给数据百分比是不可靠的。宇宙空间是有不可计量的能量,如天体上有热能量,有释放到物质外的各种电磁辐射能量,但都没有使恒星运动的作用。说暗能量使天体运动,没有正当的理由和根据,更何况,任何能量都是物质发出的,没有独立于物质之外的能量。

其实,不包含从以太到暗能量的空间已经不空了,不说光、微波等电磁波能量,单从物质来说,近代发现空间中除天体外还有弥漫的宇宙尘埃,还有脱离天体的水分子和有机分子,以及原有的氢原子和射线粒子等。绝对的虚空不存在,天体外的空间不是真空。空间不是虚空或真空,但通过的物质也较少,大多时要忽略,假设为真空。空间中有物质在运动,空间中的物质有些集中,如恒星、行星等天体;有些因恒星爆炸弥散形成宇宙尘埃;弥漫的尘埃物质在引力的作用下密集成团块,最后又形成恒星、行星等天体。行星与恒星间,恒星与恒星间,星系与星系间都存在着广阔的空间,而且各种天体在这没有边际的空间中运动。

(三)其他偏颇或模糊的空间说法

“空间是运动的表现形式”。
运动的表现形式归运动所有。运动的表现形式是什么样的运动,即表现形式是直线还是曲线,是单纯还是花样等等,不能说运动的表现形式就是空间。空间是物体运动或表现运动的“场所”,是运动的外部条件,正因为有了这个外部条件才有物体的运动。

“空间是静止的”。
空间谈不上运动或静止。地面上物体的静止或运动能够判断,空间是静止还是运动无法判断和确定。静止要有运动对照,而运动的只能是物体不能是空间,不能以物体运动断定空间静止。不管理论的还是实际的空间,都说不上运动和静止。对于空间是静止状态还是运动状态,根本上要肯定空间不是运动的,从这种意义上说空间静止倒无妨。

“空间是物质存在的属性”。
这种说法具体地表述:空间是物质存在的“广延”属性,时间是物质存在的“持续”属性。属性说法否定了空间和时间的独立地位,让空间和时间附属于物质,显然没有道理。物质轻微的膨胀或收缩不算广延,物质在空间运动,也谈不上什么广延。宇宙中的物质多种多样不胜枚举,物质聚集的团块或大或小无尽其数,怎样解释空间是物质的广延,是每一块物质“广延”一个空间,还是所有的物质统一“广延”所有空间,恐怕都不好说。

“空间各向同性”。
空间是天体间空旷的“无”,空间的不同方向也是无, 无没有性质可言,无不等于各向同性。各向同性或不同性可用于物质空间,但很难找到自然的均匀的各向同性的物质。团块物质大都是不均匀的,即从物质内不同方向可能有物质密度不同、成分不同,所以一般物质空间也谈不上各向同性。

“空间是物质的存在形式”。
这话也费解,可能是说物质的存在要有空间,应该不是说物质的存在形式就是空间或叫做空间的意思。物质存在的形式或团块或弥散,其存在和运动必然在空间中,空间也无条件的自然而然的供给物质占据。因此,可说空间是物质存在的条件,不可说是物质存在的形式。

“空间是具体事物的组成部分”。
空间不依赖物质而存在,若说空间是具体事物的组成部分,那么空间就依赖物质而存在,或者说空间依赖事物而存在,显然与理不通。任何具体事物都在一定的空间中,若没有空间就没有具体事物,空间对于大多具体事物是自然而然的,不需要寻找和选择容纳的。因而我们叙述或研究某事物,并不需要提及容纳事物的空间如何如何。事物的演变过程在空间内进行人所共知,但事实上没人多此一举地对空间有所交待。

“空间其实是人们的一种感受,或者一种感觉的形式”。
空间是实实在在的存在,但空间又是看不见摸不着的,因为看得见摸得着的是物体。我们抬眼望去,能看到远近不同物体,要透过眼前的空间。若没有这个空间的间隔,任何物体都在眼前。摸不着是说伸出的手什么都没接触,从而证明有空间存在,没有空间的话伸不出手也没有其他活动自由的。人们感觉到的是物体,感觉不到的是空间,并且通过物体的存在和运动认识空间。

三、认识空间



(未完待续)

作者:郭连成
2015年4月15日 于吉林松原
                                       

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 楼主| 发表于 2015-4-15 09:16:00 | 显示全部楼层

空间简析(修)


三、认识空间

(一)提出新的空间概念

经典力学对空间的解释:宇宙中物质实体之外的部分称为空间。这个定义是从一般意义而言的。具体的空间描述还要有各种相应的空间概念,通常叫做某某空间。

为了清晰明确地说明空间,有必要增添关于空间的新概念,本文提出几个新概念是:物外空间,物内空间,完全空间,实际空间,理论空间,纯粹空间(这个概念可能有人提过)。

物外空间。
物外空间指物体表面外的空间,即人们通常说的“空间”。物外空间的向外延伸是无限的,尽管有时会遇到别的物体,但不是空间的界限,空间绕过这个物体继续延伸。物外空间是与物内空间需要区别时使用的概念。

物内空间
物内空间指非空心物体团块表面内的空间,也可叫做物质空间。物内空间应该说归物质所有,因而这个空间是有限的。说空间是物质的属性,只有从物体内部的意义上说才可以。物内空间既属于物质,也属于宇宙的全部空间

全部空间
物外空间和物内空间可统称全部空间。物体内外的空间构成一个全部空间,此空间没有变化和运动,从存在的意义上说是绝对的。全部空间是相对宇宙而言的,宇宙有多大它就有多大。

实际空间
实际空间是我们面对的客观存在的天体外的空间。说空间是实际的,就是说空间不是纯粹的空间,不忽略或排除其中的粒子物质或流星类小物体。

理论空间
理论空间是忽略其中少量物质的不包括天体的空间。排除物质的绝对空间是不存在的,只能在理论上需要作简化才将空间作理想化处理。理论空间相似于牛顿力学的绝对空间但不是一回事。理论空间是理论上的空间的意思,不是理论的空间。

纯粹空间
忽略所有物质的空间,也就是抽象空间。

(二)空间的本质

古往今来,有关空间的论述很多,但多将空间归属于物质较少涉及独立的空间的本质。本文在通常认识的空间的基础上,对空间本质作理论表述。

空间的本质是什么?空间的本质是“无”或“空无”。但这种无不是纯粹的无,总有非天体的零星物体或粒子在其中运动。我们说空间都指理论上的无,忽略其中的零星的稀疏的物质。物质不属于空间本身,即空间中的物质不归空间所有,不是空间的成分。

“无”的空间是忽略其中物质的理想的空间,不等同什么也没有的真空或虚空,这种无表现为:

1、无性质。空间是物质实体外客观存在的空旷,它没有内在的性质,任何空间的性质、特性、属性等说辞都是空话。

2、无运动。空间谈不上运动或静止。物体对物体运动有相对性,物体对空间就没有运动的相对性。可以说物体在空间运动,但不能说空间对物体同样作相对运动。需要指出,物体在空间运动靠别物体判定而不靠空间判定。

3、无作用。物体与物体间有相互作用,事物间也有性质不同的种种作用。物质的演化是自身的性质使然或别物质的作用。物体占据空间,空间并不反抗。空间对物质没有作用,不影响不干涉物质运动和变化。

4、无边际。人类对空间范围的认识,从宇宙空间的意义上说,不断扩大的范围是地球附近空间、太阳系空间、银河系空间、一千亿以上星系的可见宇宙空间,仍没有确定的空间范围。空间有没有边际可能人类不能最终探测证明,但还是认可空间没有边际即无限空间合适。

5、无方位。我们平时说的上、下、前、后、左、右等到方位,是依托物体划分并在空间上的延伸,空间本身不存在方位。将一个坐标系放入空间做物理试验并不可行。人类确定的方位是在地面附近的空间里,但脱离不开地面的限制,比如地面上南方向延伸到南极点时不能从地面和空间再延伸。

6、无类别。空间按不同角度描述可有不同的空间说法,但空间的本质决定空间没有种类。不存在这里的空间与那里的空间相异。就像水物质在在任何地方都是同样的分子组成一样,水中有别的分子或原子不是水的成分。本文说的理论空间,现实空间、物内空间和物外空间等空间,是从不同的问题和意义看空间,不是空间的种类。

四、空间的主要关系

(一)空间与物质

空间中有物质,物质为人的意识所认识,而且人体也属于物质,但我们通常说的物质都是人体及其他生物体以外的自然物。人类生活在地球上,地球是有界面的,地球表面(与空气无关时忽略大气层)即界面。地球表面向内是地球物质,属于地球,但向外还属于地球吗?显然继续用地球或地球所属并不能恰当地表明地球外的区域,这就需要有另外的概念来表示,即把地球表面外的空旷叫做空间。空间一词即可指全部空间也可指局部空间,局部空间是小范围的一般指天体附近或天体间的区域空间。

空间是个独立概念,但空间不能与别事物无关而独立。宇宙中不存在真空,任何局部的空间总有微少的粒子或射线通过,但人们常常忽略有微少物质的空间而看作空无的空间。排除物质的空间是牛顿的绝对空间或今人理想的纯粹空间,是一种符合人思想意志的主观空间,客观上并不存在。毫无疑问,与空间关系最密切的是物质,物质占据空间并在其中运动。空间中有物质,与地球上物质元素相同的普通粒子,根本不会有什么超物质的以太、场物质、真空中不停涨落的量子及暗物质和暗能量;若有这些东西,空间就不成为空间了,整个宇宙就成了物质、伪物质的大杂烩。

空间超然物外,它无条件地容纳物质而不对物质有任何妨碍,也就总是被动的接受,任凭物质弥散扩张或聚集结合成团块占据并运动。空间没什么内在性质和形态,不像物质的千姿百态和千变万化。空间不能膨大或缩小,也没有不同样式变形状态。膨大、缩小、平直、弯曲都是物体的属性,硬加到空间上去要在空间中填充物质,或干脆就是物质的空间。物质占据的空间,归属于物质的大小或体积,失去了空间原本的含义,这个空间叫做物质空间。空间是物质存在的广延属性的说法,把物质扩展到物外空间去了,一切都成了物质;不认为物质扩展到物外空间去,只限于物内空间才勉强说得过去。物内与物外的空间性质不同,如物体可在空间中运动,但不能在固体物质占据的物内空间内无阻碍地自由活动。

空间是自然存在的。空间是除它自身外一切事物的活动场所。空间容纳物质而不附属于物质,物质占据空间而不能消灭空间。物质占据的空间所属于物质,也就叫做物质空间。三维的平直空间是人设定的测量参考基准,不是空间的特有形状。空间是虚空的无具体形状,它总是被动的,不能排斥和抗拒人令其平直或弯曲的意志。物质的物体表面内的空间,可当作物质自有的属性,然而关于空间是物质的属性的错误说法大都指物外空间,即把物外空间说成是物质的所属。假设物质结成团块的各种作用消失了,物质以粒子本原状态弥散开来,物质也不能充满空间,也只是粒子近乎均布且间隔大了,物质存在的形式变了但粒子还是要占据空间,通常的空间就是粒子的间隔了。不管物质怎样变化,物质是物质空间是空间的实质不变,

空间与物质没有因果关系,不是因为有空间了才有物质或有物质了才有空间。空间与物质没有相互作用,空间不作用于物质,物质也不能作用空间。物质运动不断地占据物外空间,同时又因运动从一位置到另一位置不断退出占据过的空间;物体膨胀扩张物内空间,收缩又退出多占据的空间。物质的存在产生物内空间,物内空间在物体内,空间被物质充实是物质取代空白,并没有消灭空间。从形式上说,物内空间只不过比物外空间的物质多而已,但已从量变产生质变,即空间“变”物质,此空间才成为物质的附属即物质空间。

空间与物质是一种本原的共存的关系,说空间离不开物质或物质离不开空间都可谓无意义赘述,因为自然的空间与物质构成不以人的意志为转移的的客观世界。物质与空间,也许只有说宇宙基本成分时二者才能相提并论,别时并不能等量齐观。空间与物质存在的地位,无疑物质是第一位的。人们主要研究物体的运动和变化,要得到物质如何如何的结论,一般不需要把空间作为一个条件提及和指明。物质的界面外的物外空间不能说物质产生,倒是这种在空间容纳物质。某一范围的空间内物体发生膨大或缩小,物内空间即变大或变小,物外空间随着变小或变大,但区域的全部空间不变。这种物质外的空间随物体的变化而变化,完全由物质决定。

空间是永恒的,物质也是永恒的。说物质永恒是指物质不灭,物质可以从一种形态变为另一种形态,但总体上是不能消失的。除去空间的形式变化外,实质的空间既不能产生,也不能消灭。空间中有物质,物质外和物质上有空间,空间与物质不能澄清分离。说空间无中生有产生物质,或说空间和物质从某一时刻通过某一奇点爆炸产生,都是不值得讨论的荒唐问题。

(二)空间与时间

空间在宇宙中客观存在;时间是人的主观创造。时间概念的客观基础是事物过程,它依赖地球的运动但不能说地球的运动就是时间。空间与时间没有自然的联系。客观的空间与主观的时间能够通过物质的运动变化联系起来,是经过人思维活动实现的,这时的客观的空间和物质已经变为主观的概念。通过物质的运动变化联系的空间和时间,不能在客观世界里展示出来而只能在人的主观世界里作出的表现。

牛顿力学中空间与时间各自独立地存在没有相互关系,而以相对论为代表的虚拟物理学理论将空间与时间统一为时空,并具体地把空间直角坐标系的三维加上一个时间维,组成所谓四维时空。四维时空的常见表述是:“四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种‘此消彼长’的关系。”这个不可分割的整体看不见摸不着,谁也说不清时间和空间怎样连接的。“此消彼长”是什么意思,是空间消了时间就长了还是空间长了时间就消了?说者也解释不清。此消彼长说词是一个令人读不懂想不通的模糊词语,好像是在玩弄玄虚。

在空间直角坐标系中,表示物体运动开始往往设在坐标原点,时间也就从此算起,物体在空间运动,某轴显示的投影长度即物体在此轴方向上的距离。时间在哪呢?时间只能在物体运动的路程上,路程的长度中包含时间过程。只有在物体运动的时间----位移的平面坐标系中,纵轴表示路程,横轴表示时间,才能表现运动过程中位移和时间变化的对应。给实际空间架设三维坐标,是不自觉地用数学空间置换物理空间;虽然空间的三维可看作是空间的数学化,但这时客观空间已经变为主观概念的空间。

物体空间的长、宽、高方向在数学上叫三维好说,时间作一维并不好讲。时间是人假设的变量,它的变化是一往无前又不断地在现在时刻逝去不留有痕迹,根本没有方向的维度。运动质点的空间路径,可分解为空间的三维,而不是在空间作三维运动再合成一条空间的直线或曲线。三维空间坐标系是完整的空间度量,无论物体在哪个方向运动都包含时间。质点的空间位移必然有时间参与,再弄出个所谓的时间维是多余的重复的,多一个时间坐标轴根本无法计算物体的位移和位置。空间的三维表现空间的方位和广延,是真实存在的,而时间是人类虚拟的事物,二者不能与其他事物地无关地结合不到一起。

空间坐标系也叫做三维坐标,对应的空间即叫做三维空间。由于实际并不存在有维度标识的物理空间,所以三维不是度量空间的。空间的三维是空间的数学化,是给物体运动准备的参量,没有物质运动多少和位置的量度,空间的三维没有意义。之所以在空间上用三维坐标量度物体及运动,是因为空间的广延只用三维即完全确定,减少一维是不够的,而且也不存在一维、二维的空间和物体,只能说一维和二维空间是三维空间的基本因素和组成部分。一维、二维只用在纯数学的虚拟空间里,四维以上的空间维度用在数学中,也是把数学变为玄学。现实中有些事物只考虑长短或只考虑长宽并不用维数术语,如没人说一条绳子是一维的一个桌面是二维的,因为绳子不管多么细也有宽度,一个桌面不管多么大都有厚度。客观世界里没有四维时空,主观世界里也形成不了四维时空,四维时空只存在于一些人的信仰里,归根结底是一种现代迷信。

相对论者说“时空是统一的不可分割的整体”,并且说是客观存在的。人们以前没有发现和利用这个整体的时空,在解决运动问题上并没有什么困难和不足。时间是人类创造的量度事物变化过程的主观概念,空间是客观存在的表现物质外形和物质外空旷的无限容纳量度,二者结合不到一起或合为一体作为一个客观事物。时间是前进的又是流逝的,但不能把时间的前进和流逝想像成一个方向。所谓的四维空间或四维时空找不到摆放时间轴的方位,因而时间变量无法对应空间变量,各变量没有一个对应点的维数统称四维就不成立。本来时间和空间不能结合成客观的时空,给不成立的时空加上四维参数倒是越描越黑。

四维时空属于臆想的塑造,根本构不成型。跟迷信的说神道鬼相似,人们只是人云亦云的在文字上或口头上说四维时空如何如何,没有人画一个四维轴坐标系及其间的物质运动的图示,因为人的主观意识中产生不出四维时空框架的表象。人类发射卫星和宇宙飞船,天文学研究从太阳系到河外星系,没有一处涉及所谓的四维时空。飞机和飞船的航行还是在地球实际大气层空间和太阳系空间,而没有航行在大气层时空或太阳系时空。事实上,四维时空仅是个空洞的理论摆设,没有实际应用价值也无法应用。应用物理学中并没有将四维时空当作真实存在,但在各种玄学般的理论中倒把四维时空当作大事,本来没有关系也要硬攀上亲戚,似乎借其抬高自身的地位。

(三)空间与宇宙

宇宙两字,“宇”代表上下四方,表示广袤的空间;“宙”代表古往今来,表示所有的时间,古代智者总结为:四方上下曰宇,古往今来曰宙。宇和宙合起来构成新的概念----宇宙,所以宇宙一词有全部的时间和空间的意思。 把“宇宙”的概念与时间和空间相联系,体现了古人的智慧,现在看来有可取之处但还是有失偏颇,缺少了宇宙的主角----物质。因此中国古人对宇宙的描述,只有参考意义。应该指出,古代的宇宙概念不同于今天的宇宙概念,古代的“天地” 才类似今天的宇宙。 

人类认识宇宙,从科学的意义上说,是从认识地球开始,主要经过了这些看法:公元2世纪托勒密提出地心说;1543年哥白尼提出日心说;1785年赫歇尔描绘出太阳居中的不完备的银河系结构图;1924年哈勃用造父视差法确认了河外星系的存在。近半个世纪,天文学家通过对河外星系的研究,发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统。认识到这里,人们感到能把握宇宙的大小了,于是有1917年爱因斯坦提出的的宇宙静态模型;1927年勒梅特提出了膨胀宇宙模型;1948年伽莫夫提出了大爆炸宇宙模型;1980年古斯在大爆炸宇宙模型的基础上提出了大爆炸前期暴涨宇宙模型。在大爆炸模型以前,人们认识宇宙是由近及远,从小范围到大范围;大爆炸论断提出后,人们不从范围上探讨了,企图从因果律上揭示宇宙的来龙去脉前世今生。

宇宙包含和容纳事物的全部要通过宇宙空间来表现。宇宙是唯一的,代表事物的全部和所有。宇宙再划分叫宇宙区域或局部宇宙,不可将宇宙分化为不同种类和属性的若干个独立宇宙。西方科学将宇宙表示成若干个平等的宇宙,即所谓的平行宇宙,是违背逻辑和自然的,若那样划分宇宙,就像将迷信中的阴阳两界,或神话里的许多重天的说法推给现实世界。宇宙是无限的,人类对宇宙的认识,终其生涯追根究底也只能认识局部宇宙。然而总有人试图建立宇宙模型,编造一个管控所有的公式,来表现宇宙运动变化的规律。这暴露出人类好大喜功的特别性情,总在贪大求全,幻想有一个囊括一切的理论或规律,毕其功于一役地解决问题。

有人维护宇宙有限无边说,对质疑有限无边人反驳说:“就如同一个球的表面,你能找到边吗?”。其实,这是搅理。球面没有边,平面就有边吗?一个平面只有确定什么形状平面,才能找到界限即边,这还得从数学意义上说,物理上更重要的是天体的表面或说是面,面就是物质侵占空域的边界。物体上有边或面,空间是找不到边或面的。边通常是线形的界限,面以表面为界限,对于形体来说,面界限比线界限更有代表性。宇宙不是一个平面形状也不能确定是球面形状,不能以所谓的无边就认定宇宙有限。宇宙范围的意义是有限还是无限而不是有边还是无边。

以客观的角度描述宇宙,宇宙的最基本要素是空间与物质,再扩充要素可加入能量但不能加入时间。能量由物质发出,但物质不能消失变成能量,也没有与物质无关独立存在的能量。时间是人类创造的虚拟事物,有人类社会才有时间存在。人类主观认识、描述和改造客观世界需要时间概念,没有人类的世界不需要时间。上述宇宙的要素不包括时间是从宇宙的自然属性而言,若从宇宙的全部还要包括人类的主观世界上说要有时间,但这不是加一个时间的问题,而是要加上人的精神。时间包含在人的精神之中,时间也就属于意识和社会,存在于以人文为主旨的世界中。

相对论的时间理论以物体的运动速度越快时间流逝越慢,限于物体运动达到光速时时间停止。后来的霍金等名家发展宇宙理论,提出了物体运动可以超光速设想,并认为运动超光速时间要倒流。设想是美丽的,但有人提出个祖母悖论,说的是孙子乘时光机器回到过去杀死了年轻时的祖母,于是产生孙子从何而来的矛盾。为了化解这个矛盾,霍金大力支持平行宇宙的理论用以解释祖母悖论,并没得到人们普遍认可。平行宇宙的理论比相对论更荒谬,不值得研究和批判,接触这种理论不要当真,权当神话或鬼故事听之罢了。

我们现在说的宇宙,是一切自然事物的终极的全局的统称。宇宙之大大在空间上,可以说宇宙有多大,空间有多大。宇宙之所以无限,一是运动的物质总是从一个空间位置到另一个空间位置,不能构成宇宙静止的边界;二是空间总要有物质在运动,物质外的空间也不能成为边界。空间是宇宙的组成部分,空间中有物质,物质外有空间,二者就是容纳和包含的关系。物质在空间中运动,空间没有因物体的运动而有相对物体的运动。

结束语

空间没有许多的内容供给研究和认识,赋予空间过多或不恰当的内容会适得其反。空间很简单,物质很复杂。空间与物质相比,空间惟一的优越之处是:空间不能没有。物质可没有,如某区域空间没有某种物质,而且无物质即空间,实际有物质也没有消灭空间,而是将空间包含到物质中去了。绝对空间观错误,相对空间观谬误,那我们用什么空间观呢?其实不需要再弄出个什么观取代绝对和相对的空间观。错误的空间观抛弃就好了,我们面对的是实际的不能改造和改变的空间。人类立足于地球上,生活上利用和改造地球的物质,还要探索、研究邻近行星和卫星,更远地研究星系和宇宙的天体,总是联系物质,只有特殊的情况才考虑有关的具体的空间,但对象往往是空间中粒子、射线和磁场等物质和能量而不是空间本身。

作者:郭连成
2015年4月15日 于吉林松原
                                       

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人类的主观世界上说要有时间,但这不是加一个时间的问题,而是要加上人的精神。时间包含在人的精神之中,时间也就属于意识和社会,存在于以人文为主旨的世界中。

相对论的时间理论以物体的运动速度越快时间流逝越慢,
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